Лаборатория бактериальной геномики Руководитель: Михаил Гельфанд (МГУ, Москва, Россия) Проект 1. ubiJ или не ubiJ (Зоя Червонцева, Светлана Петрова) Когда молекулярные биологи заходят в тупик, и результаты разных лабораторий противоречат помочь биоинформатика. палочки одни В исследователи районе видят друг другу, может 4 019 624 – 4 020 229 генома белок-кодирующий кишечной ген ubiJ, а другие доказывают, что здесь закодирована некодирующая (видимо, регуляторная) РНК. Считается, что функция гена связана с синтезом убихинона в аэробных условиях, но как именно – неизвестно. В этом проекте мы проведём сравнительно-геномный анализ этого участка и постараемся понять, что же происходит на самом деле. Это проект для 1-2 участников. Проект 2. Азот? Ща зафиксируем (Елена Чуклина, Светлана Петрова) Интеграция данных сравнительной геномики, микрочипов и dRNA-seq для реконструкции транскрипционной регуляции азотфиксации симбионта сои Bradyrhizobium japonicum. Азот составляет около 70% атмосферы, а также входит в состав многих биологических макромолекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Однако, молекулярный азот - химически очень устойчивое соединение, и превращать его в биологически доступную форму способны только некоторые бактерии. Некоторые из этих бактерий фиксируют азот в симбиозе с растениями (чаще всего бобовыми), а растения, в свою очередь, делятся с бактериями питательными веществами. Мы хотим понять, как бактерии регулируют этот сложный и энергетически дорогой процесс, и, что важно, какие компоненты (белки, малые некодирующие РНК) регулируются совместно с генами азотфиксации. К настоящему моменту для одной такой бактерии Bradyrhizobium japonicum, фиксирующей азот в симбиозе с соей, накоплено большое количество данных: распознающие правила для сайтов связывания транскрипционных факторов (которые указывают, какие участки генома регулируются этими факторами, и, тем самым, какие гены они регулируют), микрочипы (которые показывают, какие участки генома активны в условиях азотфиксации), и данные dRNA-seq (показывают старты транскрипции в условиях азотфиксации, а регулируемые участки почти всегда расположены около стартов транскрипции). В ходе проекта мы обобщим эти данные, чтобы найти ранее не известные гены, которые включаются при фиксации азота. Проект рассчитан на параллельное выполнение 2-3 участниками школы. Проект 3. Без лидера (Елена Чуклина) Изучение безлидерных мРНК, найденных в dRNA-seq Bradyrhizobium japonicum. Данные dRNA-seq для бактерии Bradyrhizobium japonicum позволяют определять старты транскрипции с точностью до нуклеотида. Метод dRNA-seq достаточно новый (опубликован в 2010 году), и пока неясно, насколько много информации можно извлечь из экспериментальных данных такого типа. В частности, эти данные позволяют оценить, насколько распространены безлидерные мРНК. Обычно у каждой мРНК есть лидер, или последовательность длиной 20-40 нуклеотидов между стартами транскрипции и трансляции, чтобы рибосома могла связаться с мРНК. В безлидерных же мРНК старты транскрипции и трансляции совпадают. В этом проекте мы хотим узнать, сколько мРНК действительно начинаются со старта трансляции, а сколько являются продуктами распада обычной мРНК с лидерной последовательностью. Мы составим список безлидерных мРНК и проверим, действительно ли эти мРНК транскрибируются с промотора особого типа (мы предполагаем, что это именно так). Интерес к изучению или владение языком программирования Python ускорит и упростит выполнение проекта, но не является обязательным условием. Проект рассчитан на одного человека. Проект 4. Голая рибосома (Софья Гарущянц, Артур Залевский, Светлана Петрова) Определение минимального состава рибосомы у бактерий-эндосимбионтов насекомых. Бактерии-эндосимбионты позволяют сосущим насекомым, таким как тли и червецы, питающимся только растительным соком, получать необходимое количество незаменимых аминокислот. Такие бактерии относятся к различным таксономическим группам, но все они неспособны выжить вне организма-хозяина. Плотная ассоциация этих бактерий с насекомыми приводит к деградации их геномов, в частности, к накоплению псевдогенов, уменьшению общего количества генов и потере целых фрагментов генома. В настоящий момент известны последовательности как минимум 10 геномов эндосимбионтов, относящихся к гамма-протеобактериям и находящихся на разных стадиях деградации. Целью этого проекта является изучение особенностей аппарата трансляции у таких бактерий, в первую очередь изменения белкового состава и структуры рибосомы. Это проект для 1-3 участников. Проект 5. Сахарное Лего (Анна Казнадзей, Зоя Червонцева) Гены сахарного метаболизма: эволюция, кооперация и конструктор Лего. Бактерии способны усваивать самые разнообразные сахара и расти, соответственно, на самых разных средах. Для этого у них имеются гены, отвечающие за разные этапы этого усваивания: транспорт веществ в клетку, расщепление крупных углеводов на более мелкие, всевозможные химические превращения и т.п. Мы хотим посмотреть, как эти гены расположены на бактериальной ДНК, какие из них наиболее востребованы в природе, какие из них предпочитают быть соседями (составляя "кассеты" генов), в каких случаях гены таких кассет тасуются между разными бактериями, подобно строительным элементам Лего, и зачем. Отдельно мы разберем несколько конкретных примеров, касающихся самых распространенных в бактериальном мире метаболических путей. Эта задача позволит не только разобраться в углеводном метаболизме, но и получить общие представления о разнообразии и генетике бактерий, горизонтальном транспорте генов и многом другом. Проект рассчитан на 2-3 участников. Проект 6. Грязная дафния (Ирена Артамонова) Бактериальное “загрязнение” в процессе секвенирования геномов животных. В процессе описания генов, предсказанных для вновь прочитанных геномов животных, часто выясняется, что небольшая часть этого множества значительно больше похожа на гены бактерий, чем на гены, встречающиеся в эволюционно более близких, эукариотических, организмах. Как такие гены попали в геном животного? Может быть, это артефакт эксперимента по подготовке генома к чтению? Оказывается, ответить на этот вопрос можно, если проанализировать участки ДНК, содержащие такие гены – особенности, характерные для протяженной нуклеотидной последовательности, позволяют отличить бактериальную ДНК от эукариотической, и даже описать эволюционную историю генов. В этом проекте мы исследуем бактериальные гены, найденные при прочтении геномов гребневика, самого большого морского животного среди передвигающихся при помощи ресничек, и дафнии, представителя планктонных ракообразных. Мы попытаемся отличить гены, встроившиеся в геном в результате горизонтального переноса, от генов бактериальных симбионтов или загрязнений экспериментальной пробы. Это задача для 1-2 участников.